本发明专利技术公开了一种非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法，主要解决了现有技术中存在的相位对齐方法调整时间长，实际运用中可操作性不强的问题。该非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法采用变步长调整相位的方式完成相位的快速对齐，采用一个接一个的方式自适应调整，将每次的反馈值用作新的调整依据。这样的方式也有助实现个别故障传感器的排除，是前面的算法没法实现的。通过上述方案，本发明专利技术达到了运算复杂度低、可实现性强、故障节点确定、效率高、调整精度可以控制的目的，具有很高的实用价值和推广价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
非集中式无线传感器网络协同通信要解决的问题是，让在地理位置上离散分布的传感器(带全向天线)节点组成的虚拟天线阵列能与远处的基站(或者接收机)进行稳定可靠的通信。其中最为关键的问题是虚拟天线阵列在接收端实现相位快速对齐问题，因为相位对齐之后，方可以在接收端最大程度实现接收信号增强的效果和方向指向，从而实现抗干扰和保密。为了解决这一问题，现有技术中主要采取的手段有:由G.Barriac, R.Mudumbai和U.Madhow等人提出的Ibit反馈随机扰动方法[I]:虚拟天线阵列里的各个传感器节点在每次的相位调制时，整体加上一组随机扰动的相位值，然后一起发送一共同的信息到接收机，接收机反馈一比特信息I或者O来表征本次扰动调整后接收信号强度的增加或减少，传感器阵列以此决定是否保留前一次所有传感器发射节点的随机相位扰动的值,依据概率理论的大数定律完成最后的相位对齐收敛的理论证明。由上面的分析，容易得出由该算法随机性带来的调整时间较长是其明显不足之处，这对于主要依靠电池供电来维持其正常工作的无线传感器网络，为其通信信号相位对齐调整需要花费更多的时间，显得不理想。分组反馈方法:PrasanthJeevan, Sofie Pollin, Ahmad Bahai 等人[2]使用该方法对传感器网络的发射节点进行随机分组，然后各组分别发送一个共同的信息到接收器，接收器根据每个组的接收信号经过计算，分别以第一组信号为参考形成相位估计差值，然后分别反馈给(除第一组)各个分组，各组根据反馈值各自调整相位，以此若干次的相位调整，最终完成相位对齐。因此接收器必须进行复杂的相位计算，反馈的内容中包含了反映相位差值的比特位数较多，可实现性不强。另外该算法也具备前面算法的随机性，虽然能提高相位对齐的速度，但实现的速度仍比较慢。反馈值预先确定方法:该算法中，1.Thibault等人[3]需要传感器网络事先确定一个方向波束赋形的指向作为参考方向，然后要求每个发送器分别发送一次信号，在接收器上进行复杂的相位计算，与参考相位间形成一个新的相位差值，作为下一次调整的依据。每次进行操作的时候，步长是事先确定的一组值中挑选一个与新的相位差值最接近的值为调整步长，最终形成以参考方向为中心，以步长长度为半径的范围收敛波束。该算法具有收敛的精度不高，灵活性不强等缺点。该算法也要求多个比特来表征反馈值的大小，这也给反馈通信带来难度。从上面的分析来看，以上实现的算法都不同程度存在调整时间长，实际运用中可操作性不强等问题。参考文献:[1]U.Madhow, R.Mudumbai, D.R.Brown III and Η.V.Poor, Distributed TransmitBeamforming:Challenges and Recent Progress, 〃IEEE Communication Magazine, vol.47，pp.102-110, Feb.2009。[2]P.Jeevan, S.Pollin, A.Bahai, and P.P.Varaiya，〃Pairwisealgorithm for distributed transmit beamforming,〃in IEEE Int.Conf.Commun.(ICC，08)，May2008, pp.4245-4249。[3] 1.Thibault, A.Faridi, and G.E.Corazza, “Design and analysis ofdeterministic distributed beamforming algorithms in the presence of noise, ” IEEETrans.Commun., vol.61, n0.4, pp.1595 - 1607, Apr2013o
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，主要解决现有技术中存在的相位对齐方法调整时间长，实际运用中可操作性不强的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:，包括以下步骤:(I)在一定区域内，设有N(N> I)个地理位置随机分布的无线传感器组成网络，各传感器初始相位随 机均匀分布在(0，2 ]范围内，值为φ i (0) (i = 0，1，......Ν-1)，调整的初始步长为h ;(2)由N个无线传感器构成的传感器阵列形成虚拟天线阵列，各无线传感器的天线独立向基站发送共同的信号；(3)基站进行信号接收并进行相干合成，然后判断接收到的信号较前一次为增强或减弱，用一比特反馈信息来表征，当判断为增强时反馈给虚拟天线阵列1，当判断为减弱时反馈给虚拟天线阵列O ;(4)根据反馈信息，基站和传感器虚拟阵列分别进行调整，基站调整为:接收信号增强时y(k+l) =y(k+l)，接收信号减弱时y(k+l) =y(k);传感器虚拟阵列调整为:接收到的反馈为I时Φ?(0) = Φ i (0) +Δ。，接收到的反馈为O时Φ“0) = (J)i(O)-2 Δ。；其中，k为时间标，对于所有的传感器节点的仏)进行相位的更新是同一个时间标，下标i表示虚拟天线阵列的第i个传感器；(5)重复步骤(3)、步骤(4)，虚拟天线阵列中的各传感器节点根据基站反馈的信息进行调整，如果接收到的反馈信息为I则继续调整，若为O则该传感器节点调整结束，转入下一个传感器节点进行调整；如果i < N-l，i — i+Ι，则跳转到步骤(2)，直到所有的传感器节点都进行了调整，则一轮调整结束。进一步地，所述步骤⑵中，基站接收到的信号为:火幻， /-1其中，m(k)是共同的信号或调制信号；f。是载波频率；ΦΑΟ)为待调整对象，t为时间。考虑到实际需求，按所述步骤(1)~步骤(5)进行的调整为两轮以上。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:(I)本专利技术中，采用变步长调整相位的方式完成相位的快速对齐，保留了一比特反馈的优势，且摈弃了原来算法整体节点调整的方式，采用一个接一个的方式自适应调整，因为无需接收机进行复杂的相位计算，只需进行简单的强度计算便可，每次反馈的值都用作新的调整依据，不存在任何浪费，能够有效地提高通信系统的通信效率，进一步减少传感器阵列应用于信号调整的电量，符合实际需求。(2)本专利技术中，不要求预先确定方向，可以自适应寻找接收机的方向，由于采用了变步长的方式，最后的相位收敛范围的精度可以控制，控制较为方便，在协同网络通信系统中具有运算复杂度低、可实现性强、效率高、调整精度可以控制等优势。(3)本专利技术中，调整的过程不需要发送导频信号，因而并不要求中断正常的通信，也就是在正常通信的情况下，只需要接收机有效的检测信号的强弱变化就行，因此能够节约各传感器节点的电量。【附图说明】 图1为本专利技术的架构图。图2为本专利技术与抖动算法的信号强度变化速度对比示意图。图3为运用于集中式线阵波束形成中的示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例在非集中式协同无线传感器网络通信系统中，由于发送装置地域的分布性，形成的虚拟天线阵列有别于集中式天线阵列可以使用同一的振荡器，而是每个传感器节点独立拥有自己的振荡器，由此组成的传感本文档来自技高网...
【技术保护点】
非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在一定区域内，设有N(N＞1)个地理位置随机分布的无线传感器组成网络，各传感器初始相位随机均匀分布在(0,2π]范围内，值为φi(0)(i＝0，1，......N‑1)，调整的初始步长为Δ0；(2)由N个无线传感器构成的传感器阵列形成虚拟天线阵列，各无线传感器的天线独立向基站发送共同的信号；(3)基站进行信号接收并进行相干合成，然后判断接收到的信号较前一次为增强或减弱，用一比特反馈信息来表征，当判断为增强时反馈给虚拟天线阵列1，当判断为减弱时反馈给虚拟天线阵列0；(4)根据反馈信息，基站和传感器虚拟阵列分别进行调整，基站调整为：接收信号增强时y(k+1)＝y(k+1)，接收信号减弱时y(k+1)＝y(k)；传感器虚拟阵列调整为：接收到的反馈为1时φi(0)＝φi(0)+Δ0，接收到的反馈为0时φi(0)＝φi(0)‑2Δ0；其中，k为时间标，对于所有的传感器节点进行相位的更新是同一个时间标，下标i表示虚拟天线阵列的第i个传感器；(5)重复步骤(3)、步骤(4)，虚拟天线阵列中的各传感器节点根据基站反馈的信息进行调整，如果接收到的反馈信息为1则继续调整，若为0则该传感器节点调整结束，转入下一个传感器节点进行调整；如果i＜N‑1，i→i+1，则跳转到步骤(2)，直到所有的传感器节点都进行了调整，则一轮调整结束。...
【技术特征摘要】
1.非集中式无线传感器网络协同通信相位快速对齐方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在一定区域内，设有N(N>I)个地理位置随机分布的无线传感器组成网络，各传感器初始相位随机均匀分布在(O，2π]范围内，值为Cj5i(O) (i = 0，1，......Ν-1)，调整的初始步长为八Cl ； (2)由N个无线传感器构成的传感器阵列形成虚拟天线阵列，各无线传感器的天线独立向基站发送共同的信号； (3)基站进行信号接收并进行相干合成，然后判断接收到的信号较前一次为增强或减弱，用一比特反馈信息来表征，当判断为增强时反馈给虚拟天线阵列1，当判断为减弱时反馈给虚拟天线阵列O ; (4)根据反馈信息，基站和传感器虚拟阵列分别进行调整，基站调整为:接收信号增强时y(k+l) = y (k+1),接收信号减弱时y (k+1) = y (k);传感器虚拟阵列调整为:接收到的反馈为I时Φ“0) = Φ i (O) +Δ。，接收到的反馈为O时...
【专利技术属性】
技术研发人员：范永胜，
申请(专利权)人：绵阳师范学院，
类型：发明
国别省市：四川;51
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